Batería de Plomo-Ácido: Una Visión General
Las baterías de plomo-ácido son baterías secundarias (recargables) que consisten en una carcasa, dos placas de plomo o grupos de placas, una como electrodo positivo y la otra como electrodo negativo, y un relleno de ácido sulfúrico al 37% (H2SO4) como electrolito. En 1999, se estimó que se enviaron aproximadamente 320 millones de unidades de baterías de plomo-ácido en todo el mundo, la mayoría destinadas a automóviles para el arranque, la iluminación y la ignición (SLI). En 1992, se utilizaron aproximadamente 3 millones de toneladas de plomo en la fabricación de baterías. Sus campos de aplicación industrial incluyen la potencia de tracción para vehículos de minería, montacargas y como fuentes de energía estacionarias, como el almacenamiento de energía de respaldo de emergencia (UPS) y estaciones de señalización para ferrocarriles y telecomunicaciones.
Composición y Funcionamiento
Una batería de plomo-ácido consta de un electrodo negativo hecho de plomo esponjoso o poroso y un electrodo positivo de óxido de plomo, ambos sumergidos en una solución electrolítica de ácido sulfúrico y agua. Para prevenir cortocircuitos, se utiliza una membrana eléctricamente aislante pero químicamente permeable. La tensión nominal de una celda es de unos 2V, variando entre aproximadamente 1.75 V y 2.4V dependiendo del estado de carga (SoC) y la corriente de carga o descarga. Las baterías de plomo-ácido pueden entregar altas corrientes durante períodos cortos y tienen una alta densidad de potencia.
Ventajas y Desventajas
A pesar de su peso relativo por la cantidad de energía eléctrica que pueden suministrar, las baterías de plomo-ácido son comunes donde la capacidad (más de aproximadamente 10 Ah) es más importante que el peso y la manipulación. Sin embargo, son muy sensibles a los ciclos profundos de descarga en comparación con otros sistemas de baterías, y debido a la alta densidad del plomo, la energía específica de las baterías es bastante baja. La carga de un sistema de batería de plomo-ácido es lenta, pudiendo tardar hasta 16 horas para una carga completa.
Tipos de Baterías de Plomo-Ácido
Existen dos grupos principales de baterías de plomo-ácido: la batería VLA (batería de plomo-ácido ventilada), donde los electrodos están sumergidos en exceso de electrolito líquido, y la batería VRLA (batería de plomo-ácido regulada por válvula), sellada o regulada por una válvula donde el electrolito está inmovilizado en un separador absorbente o en un gel.
Química de las Baterías de Plomo-Ácido
El principio de funcionamiento de la batería de plomo-ácido se puede ilustrar mediante los procesos químicos que ocurren durante la carga y descarga. Durante la descarga, el plomo y el dióxido de plomo reaccionan con el ácido sulfúrico en el electrolito para formar sulfato de plomo. El sulfato de plomo se forma primero en un estado amorfo finamente dividido y se revierte fácilmente a plomo, dióxido de plomo y ácido sulfúrico cuando la batería se recarga.
Características de las Baterías de Plomo-Ácido
Las baterías de plomo-ácido pueden tener una vida útil de varios años, aunque la regulación del voltaje es crucial. La autodescarga de las baterías de plomo-ácido es de aproximadamente un 5% por mes, aumentando con la temperatura. La degradación ocurre en cada ciclo de carga y descarga, usualmente por la migración del electrolito lejos de los electrodos o porque el material activo se desprende de los electrodos.
Otros Tipos de Baterías
Además de las baterías de plomo-ácido, existen varios otros tipos de baterías, como las de iones de litio, polímero de litio, NiMH y NiCd, cada una con sus propias aplicaciones y características específicas.
